[发明专利]一种单胞交叉堆叠形成的缓冲吸能减振负泊松比结构

说明书

本发明公开了一种单胞交叉堆叠形成的缓冲吸能减振负泊松比结构，属于超材料领域，该结构包括多个单胞，所述的单胞为一体成型结构，该单胞包括由沿三个方向伸展并且内部中空的内凹多边形单胞交叉堆叠形成，所述单胞包括沿三个方向延展且在中心相连的分支，所述分支单独看是由半个内凹蜂窝，在末端使用厚度较薄的圆弧代替单纯的垂直杆连接上下两个水平的短横杆，短横杆通过斜杆分别于其他分支相交于胞体的中心。本发明的整体结构通过重复阵列堆叠单体单胞获得最终的空间立体结构，三个方向的延伸使结构更具有灵活性，适合作为填充和夹芯材料。

技术领域

本发明涉及超材料领域，具体涉及一种具有负泊松比效应的缓冲吸能减振结构。

背景技术

超材料（Metamaterial）指的是一类具有特殊性质的人造材料，这些材料是自然界没有的。它们拥有一些特别的性质，包括在力学、光学、声学等各个领域，而这样的效果是传统材料无法实现的。超材料的奇特性质实质上并不源自于其所使用的材料本身的特殊性，而是由于对结构进行尺寸形状上的精密设计带来的。

泊松比效应是比较常见的一种超材料属性，在这类超材料中，会出现普通材料所不具备的拉伸膨胀压缩内缩的情况。

由于其特殊的性质，在受到碰撞或压缩时，会出现与传统材料结构外扩变松散不一样的向内向上收紧的情况，从而使结构本身的力学性质发生改变，所以多被考虑作为缓冲填充物、吸能盒、减震降噪材料等，在包括航空航天、汽车甚至运动装备等多领域被看好。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题公开了一种单胞交叉堆叠形成的缓冲吸能减振负泊松比结构，该结构在各个方向上都具有明显负泊松比效应且兼具缓冲吸能、减振抑振的立体结构，比传统仅延两个方向铺设的结构更加灵活，也具有更好的稳定性。

本发明是这样实现的：

一种单胞交叉堆叠形成的缓冲吸能减振负泊松比结构，其特征在于，所述的结构包括多个单胞，所述的单胞为一体成型结构，该一体成型结构包括三个形状相同的中空分支，三个中空分支之间间隔一定角度；所述的中空分支形状为内凹蜂窝半边，中空分支包括上下设置的水平杆，上下设置的水平杆末端为圆弧，圆弧边上下与水平杆连接；水平杆另一端由两个与之呈相同向心角度的同平面内斜杆连接，所述斜杆末端过渡至与水平短杆连接交汇于中点，所述的水平短杆内侧再与厚短杆连接，单胞三个中空分支分叉相交于中点，且由三根相同的厚短杆互相连接，在中部形成集中质量块。根据实际需求通过计算可以改变单胞的尺寸，整个单胞的水平杆、水平短杆以及斜杆厚度一致，除非特殊规定厚度一致。该单胞由沿三个方向伸展并且内部中空的内凹多边形单胞交叉堆叠形成，所述单胞包括沿三个方向延展且在中心相连的分支，所述分支单独看是由半个内凹蜂窝，在末端使用厚度较薄的圆弧代替单纯的垂直杆连接上下两个水平的短横杆，短横杆通过斜杆分别于其他分支相交于胞体的中心。

进一步，所述的水平杆的厚度最厚，所述的圆弧厚度最薄，所述的圆弧为吸能圈。

进一步，所述的水平段杆的末端为等腰三角形。

进一步，所述的负泊松比结构由3D打印一体加工成型。

进一步，所述的三个中空分支之间间隔一定角度，该角度相等或者不相等；当三个中空分支之间间隔角度相等时，即单胞中空分支之间间隔120度，整体单胞为旋转对称图形。

进一步，所述的多个单胞阵列交叉堆叠形成三维的结构，该结构在空间垂直上采用交叉堆叠，在水平方向则沿分叉末梢面法向水平延展，单层排布，是一个蜂窝网状的结构；所述的交叉堆叠是在空间垂直方向上的堆叠的方式，将一个单胞凹陷部位几何中心点作为另一个单胞一个分支末梢的落点，梢尖点与几何中心点重合。

进一步，所述的空间垂直方向单元之间是由末梢带有圆弧吸能圈的垂直杆连接下一个单元完全中空且中心凹陷的单元，实现负泊松比效应；所述的水平延展是在单层铺设时，一个中空分支对应两个方向的延展方向，中空分支末端是等腰三角形，故两柱面向外有两个面法线方向。